并联机构驱动式变形翼动力学特性研究
发布时间：2021-09-17 01:36
传统的飞行器已经不能够满足人们对灵活性、经济性和多功能性日益增长的需求,变体飞行器成为了研究热点。这类飞行器可以通过改变自身外形,调整气动载荷分布及大小,以适应复杂的工作环境,特别是机翼的变形已成为研究的重点之一。本文提出了一种并联机构驱动的变形翼,可实现后缘弯度和弦长的快速调节。对变形翼运动学、结构力学、气动力进行了分析,通过流固耦合仿真研究了不同飞行条件对变形翼变形过程动力学特性的影响,并研制了变形翼原理样机,验证了变形方法的可行性。阐述了变形翼变形原理,对变形翼内部并联机构的运动特性进行了分析,建立了并联机构的运动学模型;分析了变形翼飞行过程中的受力,将前缘和后缘简化为杆件,基于力法建立了超静定结构的力学模型。基于薄翼理论和卡门——钱公式建立了机翼变形过程的升力模型,分析了攻角和飞行速度对机翼升力的影响,对后缘转动过程中机翼初始攻角、后缘长度和飞行速度对升力系数的影响进行了分析。基于有限元理论和有限体积法搭建了机翼变形过程的流固耦合模型。仿真分析了飞行速度对机翼动力学特性的影响。对亚音速飞行和超音速飞行中的变形翼气动力和杆件受力进行了对比,指出了两者的异同。此外对起降、超低空突防...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
折叠翼无人机[11]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-成侦察、巡航、进攻等飞行任务。折叠部位通过铰链连接，外面由形状记忆聚合物（SMP）材料制成的柔性蒙皮覆盖。由压电驱动器驱动变形，可实现最大130o的折叠，该飞行器在0.9马赫的风洞中实验中表现良好，但是在飞行试验中由于控制软件的故障坠毁。图1-1折叠翼无人机[11]如图1-2所示，洛克希德马丁公司之后研制了另一款折叠翼无人机[12]。通过在机翼中植入能够对电脉冲响应的记忆膜，控制电脉冲信号实现变形。该飞行器机翼完全翻折时能够以0.8Ma突防，机翼充分舒展时能够维持0.4Ma的低速巡航。图1-2多用途无人机[12]（2）变展长机翼飞行器机翼展长的改变可以有效的调节飞行器的气动特性。增大机翼展长会牺牲掉飞行器的高机动性和高飞行速度，但可以提高升阻比，提高航程，减小燃油消耗，十分有利于远程巡航。当需要高速突防时，减小机翼展长，提高速度和灵活性，相应的升阻比会减校1931年，前苏联科学家Makhonine最早设计出了此类变体飞行器MAK-10[13]。借助机翼内部的伸缩机构驱动变形，
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-该飞行器翼展能从13m伸长到21m，这种方式为后续变展长机翼的研究提供了合理的参考。如图1-3所示为美国CSA公司(CSAEngineering,Inc.)设计的一种变展长机翼结构[14]，由菱形单元构成机翼骨架的基本结构，借助磁滞伸缩液压泵驱动，结构简单只有一个方向的自由度。实验结果显示，机翼在6.9MPa的表面压强下，液压泵须具备至少0.18kW的功率，可使机翼在半分钟内伸长0.92m，展弦比变为原来的两倍。图1-3变展长机翼[14]2003年，弗吉尼亚理工大学的Arrison等人[15]研制了一架名为BetaMax的变展长飞机模型。其变展长动作由齿轮和齿条机构完成，展长可增加为原来的1.36倍，通过与常规飞机DeltaVortex的比较飞行实验（图1-4）发现，BetaMax可通过翼展的伸缩变化改变其机动性和飞行的稳定性，比DeltaVortex拥有更好的适应多种飞行环境的能力。图1-4BetaMax（左）和DeltaVortex（右）[15]如图1-5所示，2004年，美国弗吉尼亚理工大学的Neal等[16]设计了一款变体飞行器，可以改变展长、尾部长度和后掠角，还可以扭转机翼。单个机翼可在17~24.5英寸范围内改变长度，后掠角在0o~40o范围内可调，机翼扭转角控制在±20o之间。其中，展长调整、尾部长度变化和机翼扭转均由气动装置实现，变后掠角则由电动装置驱动。当机翼变化后掠和跨度时，可通过伸缩尾部
本文编号：3397696
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
折叠翼无人机[11]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-成侦察、巡航、进攻等飞行任务。折叠部位通过铰链连接，外面由形状记忆聚合物（SMP）材料制成的柔性蒙皮覆盖。由压电驱动器驱动变形，可实现最大130o的折叠，该飞行器在0.9马赫的风洞中实验中表现良好，但是在飞行试验中由于控制软件的故障坠毁。图1-1折叠翼无人机[11]如图1-2所示，洛克希德马丁公司之后研制了另一款折叠翼无人机[12]。通过在机翼中植入能够对电脉冲响应的记忆膜，控制电脉冲信号实现变形。该飞行器机翼完全翻折时能够以0.8Ma突防，机翼充分舒展时能够维持0.4Ma的低速巡航。图1-2多用途无人机[12]（2）变展长机翼飞行器机翼展长的改变可以有效的调节飞行器的气动特性。增大机翼展长会牺牲掉飞行器的高机动性和高飞行速度，但可以提高升阻比，提高航程，减小燃油消耗，十分有利于远程巡航。当需要高速突防时，减小机翼展长，提高速度和灵活性，相应的升阻比会减校1931年，前苏联科学家Makhonine最早设计出了此类变体飞行器MAK-10[13]。借助机翼内部的伸缩机构驱动变形，
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-该飞行器翼展能从13m伸长到21m，这种方式为后续变展长机翼的研究提供了合理的参考。如图1-3所示为美国CSA公司(CSAEngineering,Inc.)设计的一种变展长机翼结构[14]，由菱形单元构成机翼骨架的基本结构，借助磁滞伸缩液压泵驱动，结构简单只有一个方向的自由度。实验结果显示，机翼在6.9MPa的表面压强下，液压泵须具备至少0.18kW的功率，可使机翼在半分钟内伸长0.92m，展弦比变为原来的两倍。图1-3变展长机翼[14]2003年，弗吉尼亚理工大学的Arrison等人[15]研制了一架名为BetaMax的变展长飞机模型。其变展长动作由齿轮和齿条机构完成，展长可增加为原来的1.36倍，通过与常规飞机DeltaVortex的比较飞行实验（图1-4）发现，BetaMax可通过翼展的伸缩变化改变其机动性和飞行的稳定性，比DeltaVortex拥有更好的适应多种飞行环境的能力。图1-4BetaMax（左）和DeltaVortex（右）[15]如图1-5所示，2004年，美国弗吉尼亚理工大学的Neal等[16]设计了一款变体飞行器，可以改变展长、尾部长度和后掠角，还可以扭转机翼。单个机翼可在17~24.5英寸范围内改变长度，后掠角在0o~40o范围内可调，机翼扭转角控制在±20o之间。其中，展长调整、尾部长度变化和机翼扭转均由气动装置实现，变后掠角则由电动装置驱动。当机翼变化后掠和跨度时，可通过伸缩尾部
本文编号：3397696
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